中承式單跨提籃拱橋大截面鋼拱肋施工技術

□文/翟紅麗 蒲小雁

工程概況

由天津城建集團承建的鄧家窯橋位于北京通州新城北部地區，是朝陽北路東延道路工程跨越溫榆河的重要構筑物，由主橋及南北引橋構成，全長311.06 m，面積12 240 m2。見圖1。

圖1 橋梁結構立面示意

主橋為中承式單跨提籃拱橋，跨度為158 m，橫橋向設置兩片拱肋，拱肋內傾10°，拱頂處中心距為34 m，拱腳中心距為47.101 m。橋面以上設置5道“一字”風撐，鋼橫撐截面高2 m，寬1.64 m，最重鋼橫撐質量為53 t，最輕鋼橫撐質量為50.1 t。全橋系桿由12根系桿索構成，每側6根。

上段拱肋跨度為132 m，中間76 m范圍為等截面段，兩側28 m范圍為變截面段，截面高度由跨中3 m按直線內插方式漸變到拱腳處5 m，寬度為等寬2.5 m。跨中段拱肋（順橋向長度為118 m），為矩形空心斷面，采用Q345D鋼工廠制作、現場安裝。兩側段采用強度等級為C60混凝土現場澆注，為矩形實心斷面。

鋼拱肋采用工廠預制現場吊裝焊接的工藝，單側拱肋共分11段，每段投影約長12 m，最重段為V制作段，質量約67 t，拱肋最高處中心線距離橋面約為24.5 m，在中間合龍。拱肋分段及鋼橫撐位置示意見圖2。

圖2 拱肋分段示意

拱肋支撐形式設計

主橋跨越溫榆河主河道，根據鋼拱肋結構特點結合現場實際情況，鋼拱肋臨時支撐選用安裝拆卸方便的鋼管柱體系。見圖3。

圖3 拱肋支架布置示意

考慮到橋面混凝土為22 cm厚鋼筋混凝土板結構，局部承載力有限，而拱肋又較重，故拱肋支架直接從河底搭設，穿過橋面板混凝土并在橋面處臨時加固，以增強其穩定性。支架由灌注樁加條形基礎加鋼管柱的形式組成。在拱肋分段處橫縱橋向共設置4根鋼管柱，每側鋼拱肋端頭設2根，其上搭設橫橋向三拼40 b工字鋼作為拱肋支撐。由于拱肋分段投影在鋼梁范圍內，故拱肋支撐鋼管橫橋向間距設計要避開吊桿橫梁及縱梁。鋼管橫橋向基本布距為3.5 m，即在拱肋截面重心內側為2 m，外側為1.5 m，當與縱梁有沖突時，適當增大鋼管間距。同時，為了防止鋼拱肋傾斜，在內側用雙拼36 b工字鋼進行臨時支撐。拱肋鋼管柱順橋向布置間距考慮拱肋內部肋板，間距為2 m，拼接口兩側各1 m。考慮等拱肋合龍后直接用吊車吊裝到位，鋼橫撐不再設臨時支撐。

支撐拱肋的每組鋼管柱之間采用剪刀撐連接，剪刀撐采用20#槽鋼。相鄰兩組鋼管柱采用型鋼桁架連接，以增強鋼管柱整體穩定性。鋼管柱基礎采用鉆孔灌注樁加條形基礎的形式，與吊桿橫梁下已經設計完成的基礎形式相同，在工程開始階段所有基礎一塊施工，從而保證基礎的整體性。拱肋支撐鋼管先在基礎上安裝一節，使管頂標高高于汛期水位并低于吊桿橫梁低標高，以方便將來有水狀態下接長鋼管柱并防止影響吊桿橫梁的拖拉施工。吊桿橫梁拖拉到位且橋面板施工完成后，在橋面上再接長拱肋支撐鋼管。

鋼拱肋吊裝

吊裝順序

北側拱肋上下游第Ⅵ段→南側拱肋上下游第Ⅵ段→北側拱肋上下游第Ⅴ段→南側拱肋上下游第Ⅴ段→北側拱肋上下游第Ⅳ段→南側拱肋上下游第Ⅳ段→北側拱肋上下游第Ⅲ段→南側拱肋上下游第Ⅲ段→北側拱肋上下游第Ⅱ段→南側拱肋上下游第Ⅱ段→上游合龍段→下游合龍段→3#拱肋橫撐→2#拱肋橫撐→中間1#拱肋橫撐。

吊車選擇及參數設計

結合每段鋼拱肋質量，合理選擇吊車布設位置，根據吊裝參數選擇吊車噸位大小。見表1。

表1 吊車選擇及參數

拱肋橫撐均可采用2臺160 t吊車直接在橋面吊裝完成。拱肋吊裝時，吊車主要承重支腿均布置在吊桿橫梁對應位置橋面板上，其余支撐腿均采用6拼40 b工字鋼進行受力的分配，確保吊裝作業安全。同時，在吊桿橫梁下棧橋的設計時，也已經考慮了吊裝時對其作用的荷載，保證了全橋支撐體系的安全穩定。

拱肋及橫撐的定位

拱肋吊裝及定位是工程施工重點和難點，由于拱肋內傾10°且拱肋線形為倒置懸鏈線，所以安裝定位非常困難。針對此問題，采取了全橋三維模型建立及三維空間定位測量的控制，確保施工準確并且每天實測大氣溫度及拱肋空間變位。選擇溫度變化小的時段進行吊裝和控制。

每個拼接斷面設置4個控制點，分別是拱肋斷面的4個角點，見圖4。

圖4 拱肋斷面控制點示意

在三維圖上確定出所有角點的三維坐標并在吊裝每節拱肋之前，在工作平臺上先放出兩個下角點的平面坐標并計算出高差，吊裝時隨時控制。基本就位后，分別在拱肋的4個角點進行測量坐標定位，精準后再行臨時固定。兩段拱肋之間輔以限位板進行控制。

合龍段施工溫度控制在15℃左右。先在合龍前幾天實測夜間溫度及拱肋空間變位測量，選取夜間溫度最低的時段為合龍時間段。經過4 d測量，發現0:00—5:00溫度較為穩定且接近15°，符合吊裝時間要求。另外，由于晝夜溫差，經過反復測量發現白天與夜間，拱肋向上下游偏位能達到50～60 mm，故必須在溫差相對穩定的時間段內完成拱肋合龍段兩個斷面的空間測量并如實反映到三維模型上，定出合龍段實際刨切尺寸并提前在夜間完成刨切，以保證對口質量。焊接也選擇在夜間進行，如果第一天沒有焊完，則選擇在第二天的夜間進行焊接，白天不允許焊接。

鋼橫撐同鋼拱肋合龍段一樣控制，定位時兩頭提前焊接好限位板，確保精確定位。

結語

該工程是中承式提籃拱橋采用先梁后拱施工工藝的典型代表，在跨河道橋梁施工中有其優越性，主要體現在拱肋吊裝可以在橋面板完成后在橋面上進行。由于鋼拱肋截面較大且單節較重，吊裝時需要充分考慮吊車站位，尤其在橋面上吊裝，要嚴格根據吊車形狀及性能表提前確定其準確站位；同時，橋面系支撐體系設計時也要充分考慮到吊車吊裝時對其產生的最不利荷載，即拱肋自重、吊車自重，運梁車自重和吊車在工作的整個過程中4個支撐腿的不均勻受力都要計算到，取最不利荷載驗算，以保證橋面系支撐系統的穩定。對于鋼拱肋的定位問題，由于拱肋線形復雜且內傾，所有控制點的定位均不能簡單的用二維坐標核算，這就要求拱肋支撐鋼管柱及工字鋼空間位置也必須準確且要有足夠的剛度，每節段拱肋吊裝完成后，其空間位置是隨著大氣溫度的變化而變化的，所以其空間定位時要充分考慮溫度影響，盡量選擇在陰天或夜間放線、吊裝和焊接。合龍段施工是整個拱肋施工的重中之重，必須經過對現場第Ⅱ節段多次仔細的測量并標記到三維模型計算后再行刨切，以確保合龍段尺寸的精確，保證合龍段拼接質量。